以上述處理器芯片為主,添加必要的外圍電路并配合相應(yīng)的少量外設(shè),就可以非常方便地設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大的ＨＰＣ產(chǎn)品。我們設(shè)計(jì)的基本硬件構(gòu)成框圖如圖１所示。該框圖是一個ＨＰＣ的全方位解決方案。對其外圍電路進(jìn)行修改,就可以設(shè)計(jì)出針對不同要求,提供不同功能,處于不同價(jià)位的各款數(shù)字終端產(chǎn)品。

２ ＨＰＣ中集成無線收發(fā)模塊并接入ＷＡＰ服務(wù)

    應(yīng)該說,在掌上電腦中加入無線收發(fā)模塊將是大勢所趨,也是ＨＰＣ發(fā)展進(jìn)入一個新階段的標(biāo)志。可以說,哪個生產(chǎn)廠家能率先在這方面取得突破,誰就能在ＨＰＣ上取得先機(jī),占領(lǐng)市場。目前絕大部分的掌上電腦都不具有無線收發(fā)模塊,需要連接電話線或手機(jī)才能接入網(wǎng)絡(luò),瀏覽信息。即使是一些帶有無線模塊的手持設(shè)備,如摩托羅拉的寶典８２８掌中網(wǎng)機(jī),也只可以進(jìn)行單向的無線接收。參照ＧＳＭ手機(jī)的設(shè)計(jì),我們可以在掌上電腦中集成無線收發(fā)模塊,其初步方案如圖２所示。用戶能通過掌上電腦連接到ＧＳＭ移動電話網(wǎng),再接入到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,真正實(shí)現(xiàn)帶有移動通信功能的掌上電腦。掌上電腦要求小型化、省電、高可靠性,所以無線模塊部分的芯片需采用專用集成電路。這里面還要考慮到電磁干擾的屏蔽和硬件電路的小型化�，F(xiàn)在一般的掌上電腦都具有錄放音的功能。如果加入了無線收發(fā)模塊后,我們就可以利用原有的音頻編解碼電路和無線模塊連接起來,提供類似手機(jī)的無線語音通信功能,撥號可以通過觸摸屏來完成。設(shè)計(jì)方案如圖２所示。

    ＷＡＰ(Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ)就是"無線應(yīng)用協(xié)議"之意。ＷＡＰ由Ｅｒｉｃｓｓｏｎ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｎｏｋｉａ、Ｕｎｗｉｒｅｄ Ｐｌａｎｅｔ四家公司發(fā)起,并組建了所謂的ＷＡＰ論壇�，F(xiàn)在其會員已包括像Ａｌｃａｔｅｌ、ＡＴ＆Ｔ、西門子、英國電信、法國電信、貝爾大西洋、貝爾南方等這些大公司。ＷＡＰ 論壇的成員擁有全球手機(jī)市場９０％ 以上的份額,并代表著超過１億訂戶的電信公司、領(lǐng)先基礎(chǔ)設(shè)施提供商、軟件開發(fā)商和向無線行業(yè)提供解決方案的其他機(jī)構(gòu)。

    ＷＡＰ是面向目前的無線設(shè)備和窄帶網(wǎng)設(shè)計(jì)的。ＷＡＰ最主要的特點(diǎn)是將一系列統(tǒng)一的協(xié)議規(guī)范引入到無線網(wǎng)絡(luò)中,而不管底層的空中接口標(biāo)準(zhǔn)的差異。在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ開放原則的指導(dǎo)下,ＷＡＰ的規(guī)范可以適用于ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＩＳ－１３６及未來的第三代系統(tǒng)。ＷＡＰ應(yīng)用將適用于不同的傳輸載體和設(shè)備類型,它的目標(biāo)是允許各種無線設(shè)備接入豐富的信息資源和應(yīng)用。ＷＡＰ的設(shè)計(jì)原則是盡量少利用手持設(shè)備的資源,ＷＡＰ的經(jīng)過精簡的ＨＴＭＬ叫做ＷＭＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ,無線標(biāo)識語言）,可以將重要信息顯示在微小的ＬＣＤ屏幕上。

    現(xiàn)在支持ＷＡＰ標(biāo)準(zhǔn)的廣泛程度是令人吃驚的--手機(jī)廠商、服務(wù)提供商、軟件開發(fā)商和內(nèi)容提供商都支持該標(biāo)準(zhǔn)。去年年末,甚至微軟也采納了該標(biāo)準(zhǔn),它發(fā)布了用于無線設(shè)備的Ｍｏｂｉｌｅ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ,這是一個主要基于ＷＡＰ的瀏覽器。雖然第三代移動通信系統(tǒng)（３Ｇ）可以為多種移動多媒體Ｉｎｔｅｒｎｅｔ應(yīng)用提供高速的寬帶數(shù)據(jù)通信平臺。但在ＷＡＰ設(shè)計(jì)時(shí)面臨的限制如時(shí)斷時(shí)續(xù)的覆蓋、小顯示屏、低功耗、承載業(yè)務(wù)和設(shè)備的廣泛性、單手操作等在３Ｇ網(wǎng)絡(luò)中依然存在。同時(shí)未來的系統(tǒng)即使帶寬增加,帶寬的成本也不會降到零,而且用戶帶寬也不斷在增長,這意味著在無線環(huán)境下仍需要優(yōu)化使用設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)資源。所以伴隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展,不斷完善的ＷＡＰ很有可能成為用于數(shù)字移動電話和其他無線終端設(shè)備的無線信息與電話服務(wù)在事實(shí)上的全球標(biāo)準(zhǔn)。

    加入無線收發(fā)模塊后,再配合相應(yīng)的軟件,ＨＰＣ就可以接收基于ＧＳＭ的ＷＡＰ服務(wù)了。由于現(xiàn)在掌上電腦的ＣＰＵ速度夠快,所以執(zhí)行這些軟件應(yīng)該是不成問題的。目前無線上網(wǎng)大多是通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)的,其中功能較為強(qiáng)大的典型代表是摩托羅拉的Ａ６１８８。但手機(jī)不甚強(qiáng)大的ＣＰＵ、較小的內(nèi)存、較小的顯示屏和非常有限的負(fù)荷能力等都制約著它作為上網(wǎng)終端的廣泛使用。和手機(jī)相比,掌上電腦在這一方面卻能凸現(xiàn)其特有的優(yōu)勢：功能強(qiáng)大運(yùn)行速度高的ＣＰＵ、較大的內(nèi)存、相對于手機(jī)的大屏幕彩色顯示以及易于操作的觸摸屏等。另外ＨＰＣ有限的功能也通過加強(qiáng)無線接入網(wǎng)絡(luò)的能力得到了彌補(bǔ)。

３ ＨＰＣ中加入ＧＰＳ模塊

    在掌上電腦增加ＧＰＳ接收機(jī)功能模塊,可構(gòu)成帶有隨身定位功能的掌上電腦。使用帶有無線通信功能的掌上電腦,采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）,配合地理信息系統(tǒng)（ＧＩＳ）、智能監(jiān)控決策（ＩＭＤ）軟件,利用專用通信網(wǎng)或全國聯(lián)網(wǎng)的ＧＳＭ移動通訊網(wǎng)向上級管理系統(tǒng)回傳位置信息,從而實(shí)現(xiàn)智能化移動定位導(dǎo)航系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)ＧＰＳ導(dǎo)航定位功能,在掌上電腦內(nèi)部需增加ＧＰＳ衛(wèi)星接收、信號處理等功能模塊。目前,由于ＧＰＳ技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,各廠家生產(chǎn)的ＧＰＳ信號處理的功能模塊也比比皆是。主要廠家有：ＳＴ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｍｉｔｅｌ等。在掌上電腦中,由于其可移動性,必須滿足體積與功耗的要求。

    掌上電腦中集成ＧＰＳ接收機(jī)的設(shè)計(jì)框圖如圖３所示,由ＧＰＳ射頻前端、相關(guān)接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理等組成。射頻前端由天線、低噪聲前置放大器、頻率綜合、下變頻器、ＡＧＣ電路及二進(jìn)制量化電路構(gòu)成。由于所有的ＧＰＳ衛(wèi)星都使用相同的Ｌ１頻率１５７５．４２ＭＨｚ,粗捕獲碼（Ｃ／Ａ碼）,對于多個衛(wèi)星而言,只需要一個射頻模擬通道。在射頻前端完成Ｌ１信號的數(shù)字化后,送給相關(guān)接收機(jī)以作數(shù)字基帶信號處理。在相關(guān)接收機(jī)中,由模擬信號恢復(fù)出要接收的衛(wèi)星信號編碼。并按照每顆衛(wèi)星的不同編碼獨(dú)立選擇各衛(wèi)星的信號進(jìn)行采集,最高可以同時(shí)跟蹤１２顆不同的可視衛(wèi)星。相關(guān)處理的結(jié)果形成積累數(shù)據(jù),傳送給微處理器以提取廣播衛(wèi)星數(shù)據(jù)（導(dǎo)航數(shù)據(jù)）并控制軟件信號跟蹤環(huán)。

    微處理器在獲得導(dǎo)航數(shù)據(jù)后,就可以根據(jù)需要在液晶顯示的ＧＩＳ向量地圖上進(jìn)行各種標(biāo)記,包括當(dāng)前位置、運(yùn)動軌跡、日期時(shí)間等,這些工作都是在應(yīng)用軟件的控制下實(shí)現(xiàn)的。

    為了增加系統(tǒng)的可靠性,我們在使用美國ＧＰＳ系統(tǒng)的同時(shí),還考慮增加對俄羅斯ＧＬＯＮＡＳＳ系統(tǒng)的支持。將來還要針對我國自主建立的定位系統(tǒng)"北斗１號"進(jìn)行支持。

４ 短程無線連接技術(shù)Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的應(yīng)用

    所謂藍(lán)牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）技術(shù),實(shí)際上是一種短距離、低成本的無線連接技術(shù),是一種能夠?qū)崿F(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放性方案。于１９９８年５月,由瑞典Ｅｒｉｃｓｓｏｎ、芬蘭Ｎｏｋｉａ、日本Ｔｏｓｈｉｂａ、美國ＩＢＭ和Ｉｎｔｅｌ公司等五家著名廠商在聯(lián)合開展短程無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動時(shí)提出。這五家廠商還成立了藍(lán)牙特別興趣組（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ）,盡力使藍(lán)牙技術(shù)能夠成為未來的無線通信標(biāo)準(zhǔn)。

    藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品是采用低能耗無線電通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?其傳輸速率最高為每秒１兆,以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信,通信距離為１０米左右,配置功率放大器可以使通信距離進(jìn)一步增加。其頻率被定在２．４５ＧＨｚ這個頻帶上,該頻帶是一個在工業(yè)、科學(xué)研究及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都開放的頻帶,不被各國法令、法規(guī)限制使用。

    使用Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)輕松的即時(shí)連接。它可以讓鄰近的設(shè)備通過置于微芯片的小型無線電收發(fā)器實(shí)現(xiàn)通信。與紅外線技術(shù)相比,采用Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的設(shè)備不需要相互對準(zhǔn),可以繞過物理障礙傳送數(shù)據(jù)到一個或多個設(shè)備。利用藍(lán)牙技術(shù),能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機(jī)等移動通信終端設(shè)備之間的通信,也能夠成功地簡化以上這些設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信,從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加速迅速高效,為無線通信拓寬道路。其實(shí)際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等信息家電,組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。

    Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ的活動,得到了全球業(yè)界的鼎力支持和大力協(xié)助,其成員企業(yè)已經(jīng)達(dá)９３０家。１９９９年下半年,著名的業(yè)界巨頭Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、３Ｃｏｍ、Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ與藍(lán)牙特別小組的五家公司共同發(fā)起成立了藍(lán)牙技術(shù)推廣組織,從而在全球范圍內(nèi)掀起了一股"藍(lán)牙"熱,使藍(lán)牙技術(shù)呈現(xiàn)出極其廣闊的市場前景。目前已經(jīng)有１５００多家廠商宣布支持這個標(biāo)準(zhǔn)。

    在掌上電腦上集成Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ芯片,提供和其他數(shù)字終端進(jìn)行信息同步、備份的功能,甚至可以替代紅外線在各種數(shù)字設(shè)備之間方便地交換信息,還可以在小的空間范圍內(nèi)方便地組建無線局域網(wǎng)。還可以配備相應(yīng)的藍(lán)牙耳麥,以無線方式和ＨＰＣ之間交換信息。

５ ＨＰＣ中使用智能卡

    智能卡（ｓｍａｒｔ ｃａｒｄ）在外形上和磁卡（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃａｒｄｓ）相似,但它和磁卡的一個關(guān)鍵區(qū)別是不易被仿制。智能卡具有自己的微處理器（８位ＣＰＵ,主頻５～１０ＭＨｚ）,ＲＡＭ,ＲＯＭ和ＥＥＰＲＯＭ,ＲＯＭ用于存放操作系統(tǒng)、加解密算法模塊等,ＥＥＰＲＯＭ中存放有關(guān)用戶的個人化參數(shù)和數(shù)據(jù),ＥＥＰＲＯＭ中的數(shù)據(jù)只能通過智能卡中的操作系統(tǒng)來訪問,外部應(yīng)用程序不能直接訪問這些數(shù)據(jù)。這樣,智能卡中個人化的參數(shù)數(shù)據(jù)從硬件上就實(shí)現(xiàn)了保密性。加密型智能卡具有硬件安全措施,可控制智能卡內(nèi)某些存儲區(qū)的讀寫特性。如果試圖解密,這些區(qū)將自鎖,即不可進(jìn)行讀寫操作,使智能卡無法復(fù)制,所以智能卡中的數(shù)據(jù)絕對安全可靠。智能卡的ＥＥＰＲＯＭ可以被劃分成不同的存儲區(qū),以保存不同類型的數(shù)據(jù),可以做到一卡多用。

    如果在ＨＰＣ中加入ＳｍａｒｔＣａｒｄ（ＳＩＭ）卡接口,就可對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密,使無線數(shù)據(jù)通信安全、可靠,同時(shí)進(jìn)行用戶的身份認(rèn)證。這樣掌上電腦就可以用來進(jìn)行網(wǎng)上金融活動,如網(wǎng)上交易、網(wǎng)上炒股等,還可以用于對接收有償信息的收費(fèi)管理。

６ 語音識別輸入技術(shù)在ＨＰＣ上得以使用

    用戶不斷地要求所用的裝置更小、更輕便同時(shí)又更易于使用,能解決這三方面問題的一種可行技術(shù)就是語音識別。這種技術(shù)由于清除了傳統(tǒng)的輸入器件,故具有更小和更輕便的特點(diǎn)。以往由于ＨＰＣ硬件上特別是ＣＰＵ速率的限制,語音識別輸入在ＨＰＣ上還未得到廣泛的使用。語音識別輸入的實(shí)現(xiàn)可以在ＨＰＣ處理器功能足夠強(qiáng)大時(shí)用相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn),也可以使用專用芯片在ＨＰＣ上增加一個功能模塊。前者對ＨＰＣ硬件配置的要求較高,如處理器的速度和存儲器的容量等,所用軟件的典型代表是比利時(shí)Ｌ＆Ｈ公司的ＡＳＲ系列,軟件大小在１Ｍ左右。后者則通過專門的ＤＳＰ芯片來完成語音識別輸入過程中的所有運(yùn)算工作,不會加重ＨＰＣ主處理器的負(fù)擔(dān)。這種專用的語音識別芯片現(xiàn)在已經(jīng)有多種產(chǎn)品出現(xiàn)了。如ｓｅｎｓｏｒｙ公司的語音識別芯片系列,內(nèi)部采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來識別訓(xùn)練過的單詞或短語,準(zhǔn)確度高于９９％。并且芯片高度集成化,減少了所需外部元器件的數(shù)目�？梢钥焖俸头奖愕厍度氲浆F(xiàn)存的和新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中,適合用于多種需要語音控制的消費(fèi)產(chǎn)品。

    語音識別技術(shù)以識別方法來分,有模板匹配法、隨機(jī)模型法和概率語法分析法。這三種方法都屬于統(tǒng)計(jì)模式識別方法。它的識別過程大致如下：首先選定語音的特征作為識別參數(shù)的模板,然后用一可以衡量未知模式和參考模式（即模板）的似然度的測量函數(shù),最后選用一種最佳準(zhǔn)則及專家知識作為識別策略,對識別候選者作最后判決,得到最好的識別結(jié)果在識別系統(tǒng)上輸出。以說話人來說,分為語音從屬（ｓｐｅａｋｅｒ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）模式和語音獨(dú)立（ｓｐｅａｋｅｒ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）模式。語音從屬意味著必須有培訓(xùn)系統(tǒng)而且通常它只可識別培訓(xùn)系統(tǒng)的人所講的詞。語音獨(dú)立系統(tǒng)則可識別幾乎所有講話人的詞。從目前水平來看,語音從屬模式下的模板匹配法用得比較廣泛。

    語音識別技術(shù)在ＨＰＣ上的使用,不僅可以通過聲音命令來控制ＨＰＣ,還可將輸入的聲音轉(zhuǎn)換為文本,使得用戶就能用聲音口述需要輸入的文本。這樣用戶就可以用聲音輸入取代笨拙的觸筆和（移動電話使用的）鍵盤輸入。語音識別功能,將是促使掌上類設(shè)備興盛的關(guān)鍵因素之一。如果再加上語音合成輸出功能,就可以在ＨＰＣ上實(shí)現(xiàn)書面語言和口頭語言的雙向轉(zhuǎn)換,從而構(gòu)成完整的語音輸入輸出功能。語音輸入功能雖然現(xiàn)在由于技術(shù)上的原因尚未成為主流,但ＩＢＭ、Ｐａｌｍ、Ｌ＆Ｈ幾家公司正在不停地完善并生產(chǎn)出了樣品,預(yù)計(jì)到２００１年初即能形成規(guī)模上市。

７ 電感式觸摸屏的出現(xiàn)

    現(xiàn)在ＨＰＣ上應(yīng)用最多的還是筆輸入。與之相關(guān)的硬件之一就是觸摸屏。它提供了用戶向ＨＰＣ進(jìn)行輸入的接口,其性能的好壞,直接影響到用戶對產(chǎn)品性能特別是易用性的評價(jià),如表２。

表2 三種觸摸屏技術(shù)的比較